2.1.7. Проверка условия обеспечения допустимой скорости нарастания прямого тока через тиристоры

Для тиристоров нормируется заводами-изготовителями критическая скорость нарастания прямого тока . Во время работы преобразователей, собранных на тиристорах, для исключения прожигания p-n перехода в области управляющих электродов необходимо выполнять условие

. (2.11)

В противном случае, необходимо последовательно с тиристорами соединять дроссели или выбирать другую группу тиристоров по критической скорости нарастания прямого тока для выполнения ранее указанного условия. Приближенно скорость нарастания прямого тока через тиристор во время работы выпрямителя можно определить, полагая, что ток в процессе отпирания тиристоров изменяется по линейному закону

.

Приращение тока можно принять ΔI = I_d, а интервал времени, в течение которого нарастает ток ω·Δt, принять равным углу коммутации тиристоров γ₁, то есть ω·Δt = γ₁. Тогда

.

При параллельном соединении тиристоров в плече выпрямительной установки n_пар > 1 с учетом их перегрузки на этапах трогания, разгона поезда и возможного неравномерного распределения тока по параллельным ветвям скорость нарастания прямого тока равна

. (2.12)

В формуле (2.12) величину γ₁ нужно взять из таблицы 2.4 при α = 1/2π, что соответствует минимальной величине γ₁.

Для выбранного типа тиристора записать величину и сравнить с результатом расчета по формуле (2.12). Сделать вывод о выполнении условия обеспечения допустимой скорости нарастания прямого тока через тиристоры (2.11) и о целесообразности установки добавочных дросселей.

2.1.8. Коэффициент полезного действия выпрямительной установки и потери мощности в выпрямительной установке в номинальном режиме

С помощью коэффициента полезного действия (КПД) можно оценивать потери мощности, энергии в устройствах и возможности энергосбережения. Для выпрямительной установки в номинальном режиме КПД можно рассчитать по формуле

, (2.13)

где Р_вых, Р_вх – активная мощность на выходе и на входе выпрямительной установки соответственно; активная мощность на выходе выпрямителя является активной мощностью нагрузки, то есть Р_вых = P_dH;

ΔР_ву = (ΔU_ДП + ΔU_TП)·I_dH – потери мощности в выпрямительной установке;

ΔU_ДП = n_посл·ΔU_Д – падение напряжения на диодном плече моста;

ΔU_ТП = n_посл·ΔU_Т – падение напряжения на тиристорном плече моста.

Потери мощности в выпрямительной установке ΔР_ву являются основными, характеризуют часть электрической энергии, которая расходуется на нагрев СПП, а выделяемую тепловую энергию необходимо отводить от преобразователя с помощью системы охлаждения. Дополнительные потери мощности и затраты энергии на охлаждение СПП также снижают КПД выпрямителя, но тем не менее КПД полупроводниковых преобразователей остается на сравнительно высоком уровне, что является достижением современной преобразовательной техники.

2.1.9. Расчет индуктивности цепи выпрямленного тока

На ЭПС применяются выпрямительные установки однофазного тока, которые отличаются повышенными пульсациями выпрямленного напряжения. Индуктивность обмоток тяговых электрических машин при шунтированных обмотках возбуждения мала и недостаточна для снижения уровня пульсаций тока до необходимого уровня. Из-за повышенных пульсаций тока наблюдается неудовлетворительная коммутация, что вызывает искрение и образование электрической дуги в щеточно-коллекторном узле машин, увеличение добавочных потерь энергии в тяговых машинах. Выпрямленный ток пульсирует от величины I_{d min} до величины I_{d max} с такой же частотой, как и выпрямленное напряжение f_П = 2·f_с . Пульсации выпрямленного тока оцениваются коэффициентом пульсаций К_П :

,

где Δi_d = - размах пульсаций выпрямленного тока.

Точное значение К_П можно определить, разлагая кривую мгновенных значений выпрямленного тока i_d в ряд Фурье и суммируя гармонические составляющие с учетом угла сдвига фаз между ними. Приближенно, с приемлемой для практики точностью, коэффициент пульсаций тока можно рассчитать с учетом только первой гармонической составляющей тока:

,

где I_dm1 – амплитуда первой гармонической составляющей выпрямленного тока.

Для обеспечения необходимой величины коэффициента пульсаций тока (К_П ≤ 0,25 – 0,30) в цепи выпрямленного тока последовательно с двигателем включают сглаживающий реактор, представляющий собой катушку со стальным сердечником, индуктивность которого L_P обеспечивает заданный уровень коэффициента пульсаций в широком диапазоне изменения выпрямленного тока. Индуктивность сглаживающего реактора L_P и индуктивность двигателя L_дв в сумме составляют индуктивность цепи выпрямленного тока L_d. Решением дифференциального уравнения для мгновенных значений напряжений и токов в электрической цепи можно получить математическую зависимость между К_П и L_d. Если принять активное сопротивление цепи выпрямленного тока равным нулю, приравнять ЭДС двигателя Е и среднее значение выпрямленного напряжения U_d, I_d = I_dH, а за размах пульсаций выпрямленного тока принять амплитуду первой гармонической составляющей выпрямленного тока, то

. (2.14)